基于Kriging模型的永磁直流电机转速控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Kriging模型的永磁直流电机转速控制方法，包括以下步骤：采集不同环境下电机控制电压与转速数据；构造Kriging电机转速与控制控制电压预测模型；根据模型和跟踪目标预测控制电压；判定预测电压与参考电压误差是否过大，如果过大则重新采集数据更新Kriging模型，否则继续跟踪目标，预测控制电压直到结束。本发明专利技术基于Kriging代理模型构造了转速与控制电压的数据模型，对电机参数不敏感，具有很强的鲁棒性。同时Kriging代理模型具有高精度和快速响应性，能够快速追踪目标转速，并且能够在非线性负载影响下快速复原，本发明专利技术提出的控制方法具有较易实现，控制精度高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁直流电机转速控制
，尤其涉及一种基于Kriging代理模型的永磁直流电动机转速在线控制方法。
技术介绍
目前，随着微处理器，磁性材料，半导体技术的发展，高性能的永磁直流电机在工业中广泛应用，包括机器人、轧机、机床等。而对于这些高性能的永磁直流电机的使用，其核心问题在于对电机进行精确转速(位移)控制。由于高性能的永磁直流电机要求电机能够快速响应，转速能够从负载影响中快速复原，并且对参数变量不敏感，因此电机速度的精确控制是当前研究热点问题。传统的永磁直流电机速度控制采用比例积分(PI)或者比例积分微分(PID)控制，这些控制算法能够使得一些线性系统在很小范围的系统参数内稳定。然而，这些控制系统对数学模型的精度有很高的要求，而精确的系统模型通常很难获得。同时，由于电机负载的不确定性并具有非线性机械特性，很可能造成驱动系统不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于Kriging代理模型的永磁直流电动机转速在线控制方法，能够在线控制装置，实现永磁直流电机转速精确控制。本专利技术采用的技术方案为：基于Kriging模型的永磁直流电机转速控制方法，包括以下步骤：步骤1：由永磁直流电机驱动系统动态模型推导所需建立Kriging模型的输入和输出变量；步骤2：根据不同工况收集的转速与控制电压数据和步骤1推导的输入、输出变量建立两个完全相同的Kriging预测模型；步骤3：根据当前时刻ωc(n+1)和上两个时刻的转速，通过步骤2建立的第一个Kriging模型预测下一时刻的控制电压值vc(n)，并通过D/A转换器将控制电压值vc(n)作用到功率放大器和永磁直流电机；步骤4：将通过用户给定参考转速ωref(n+1)加载到步骤2中第二个Kriging模型所预测的输出vc(n)*和步骤3所得的预测输入vc(n)计算电压改变率|(vc(n)*-vc(n))/vc(n)*|，如果电压改变率小于0.1，则步骤1中两个Kriging模型有效，继续执行步骤3和步骤4；如果电压改变率大于0.1，则重复步骤2(重新采集数据构造步骤1所述Kriging模型)和步骤3和步骤4。步骤1中所构造的Kriging模型为3输入1输出的Kriging模型，其中输入为ωr(n+1),ωr(n)和ωr(n-1)，输出为vc(n)，其中ωr为电机转速，vc为控制电压。步骤2所构造的Kriging模型如下：y(x)＝FT(x)β+Z(x)；其中F(x)＝a2x2+a1x+a0(以权利要求2中所采集的转速为输入，以控制电压为输出，采用最小二乘法可以求得函数参数a2、a1、a0),Z(x)是均值为0方差为的涨落函数，其协方差矩阵为其中是Kriging模型的核函数，θk是核函数的弯曲程度(通常取5)，xi,xj是输入向量x的第i个和第j个维度的变量，且x＝[ωr(n-1)ωr(n)ωr(n+1)]T，zi,zj是涨落函数Z(x)对应输入x的第i个和第j个维度的输出，T表示矩阵转置操作；步骤3所述的预测模型，是通过权利要求1步骤2中所采集的数据更新获得的：首先，当权利要求3中输入x是m维的数据时，x的各个维度间的关联矩阵为权利要求3中函数F(x)通过F(x)＝a2x2+a1x+a0计算的结果为权利要求3中控制电压为为第i组控制电压。然后，构造基于上述数据更新得到的Kriging预测模型为：其中rTm×1(x)＝[R(θ，x，x1)...R(θ，x，xm)]T，为预测控制电压，为模型相关参数。本专利技术基于Kriging模型作为一种基于数据的代理模型，且对系统模型本身没有要求，同时能够根据系统模型的变化，自适应修正模型的特点，对于永磁直流电机转速精确控制具有广阔的前景；本专利技术通过Kriging模型，能够预测控制电压，同时该模型具有高精度，可通用的特点，对于不同电机不需要校正电机参数，对参数的灵敏性要求很低，能实现高精度速度控制。附图说明图1为本专利技术设计的控制流程图；图2为本专利技术设计的Kriging模型简图；图3为本专利技术控制装置简图。具体实施方式如图1所示，本专利技术包括以下步骤：一种基于Kriging代理模型的永磁直流电动机速度在线控制装置，包括以下步骤：步骤1：根据永磁直流电机驱动系统的控制电压与各元件之间的电压平衡和负载转矩与开发转矩和摩擦转矩之间的平衡关系，推导所需建立电压电流以及转矩随着时间和负载改变的数学模型(如(1)所示)。eb(t)＝KEωr(t)Te(t)＝KTia(t)其中va(t)，eb(t)和ia(t)分别是时变电机端电压，反电动势和电枢电流；ωr(t)是电机转速，Ra和La分别是点数电阻和电感；KT和KE是电机反电动势和转矩常数，Te(t),Tl(t)和TF分别是开发转矩，负载转矩和摩擦转矩；J和B则是惯性常数和粘性常数。并且负载转矩和转速间的关系可以描述为：Tl(t)＝vωr2(t)[sign{ωr(t)本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Kriging模型的永磁直流电机转速控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：由永磁直流电机驱动系统动态模型推导所需建立Kriging模型的输入和输出变量；步骤2：根据不同工况收集的转速与控制电压数据和步骤1推导的输入、输出变量建立两个完全相同的Kriging预测模型；步骤3：根据当前时刻ωc(n+1)和上两个时刻的转速，通过步骤2建立的第一个Kriging模型预测下一时刻的控制电压值vc(n)，并通过D/A转换器将控制电压值vc(n)作用到功率放大器和永磁直流电机；步骤4：将通过用户给定参考转速ωref(n+1)加载到步骤2中第二个Kriging模型所预测的输出vc(n)*和步骤3所得的预测输入vc(n)计算电压改变率|(vc(n)*‑vc(n))/vc(n)*|，如果电压改变率小于0.1，则步骤1中两个Kriging模型有效，继续执行步骤3和步骤4；如果电压改变率大于0.1，则重复步骤2(重新采集数据构造步骤1所述Kriging模型)和步骤3和步骤4。

【技术特征摘要】
1.基于Kriging模型的永磁直流电机转速控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：由永磁直流电机驱动系统动态模型推导所需建立Kriging模型的输入和输出变量；步骤2：根据不同工况收集的转速与控制电压数据和步骤1推导的输入、输出变量建立两个完全相同的Kriging预测模型；步骤3：根据当前时刻ωc(n+1)和上两个时刻的转速，通过步骤2建立的第一个Kriging模型预测下一时刻的控制电压值vc(n)，并通过D/A转换器将控制电压值vc(n)作用到功率放大器和永磁直流电机；步骤4：将通过用户给定参考转速ωref(n+1)加载到步骤2中第二个Kriging模型所预测的输出vc(n)*和步骤3所得的预测输入vc(n)计算电压改变率|(vc(n)*-vc(n))/vc(n)*|，如果电压改变率小于0.1，则步骤1中两个Kriging模型有效，继续执行步骤3和步骤4；如果电压改变率大于0.1，则重复步骤2(重新采集数据构造步骤1所述Kriging模型)和步骤3和步骤4。2.如权利要求1所述基于Kriging模型的永磁直流电机转速控制方法，其特征在于：步骤1中所构造的Kriging模型为3输入1输出的Kriging模型，其中输入为ωr(n+1),ωr(n)和ωr(n-1)，输出为vc(n)，其中ωr为...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘林强，何成，王延峰，邱洪波，吴庭芳，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南;41